Métrologie électrique quantique et constantes fondamentales : vers

Métrologie électrique quantique
et constantes fondamentales :
vers une redéfinition des unités électriques
Laurent Devoille
laurent.devoill[email protected]
Laboratoire National de Métrologie et d'Essais
29 avenue Roger Hennequin
78197 Trappes Cedex

Sommaire
§Introduction :
§Le système international d'unités
§Les unités électriques
§La métrologie quantique
§La métrologie électrique quantique "opérationnelle" :
§Représentation et conservation du volt : effet Josephson
§Représentation et conservation de l'ohm : effet Hall quantique
§La métrologie électrique quantique "en développement" :
§Vers un étalon quantique de courant fondé sur l'effet tunnel à un électron
§L'expérience du triangle métrologique
§La dématérialisation du kilogramme : la balance du watt
§Conclusion

Introduction : le système international d'unités
candela (cd)intensité lumineuse
mole (mol)quantité de matière
kelvin (K)
température
thermodynamique
ampère (A)courant électrique
seconde (s)temps
kilogramme (kg)masse
mètre (m)longueur
Nom de l’unité SIGrandeur physique
kg.s-2.A-1 tesla (T)induction magnétique
kg.m2.s-2.A-2 (=V.s.A-1)
henry (H)inductance
kg.m2.s-2.A-1 (=V.s)
weber (Wb)flux d’induction magnétique
A2.s4.kg-1.m-2 (=A.s.V-1)
farad (F)capacité électrique
kg-1.m-2.s3.A2(=A.V-1=W-1)
siemens (S)conductance électrique
kg.m2.s-3.A-2 (=V.A-1)
ohm (Ω
ΩΩ
Ω)
résistance électrique
kg.m2.s-3.A-1 (=J.A-1.s-1)
volt (V)potentiel électrique
A.s
coulomb ©charge électrique
kg.m2.s-3 (=J.s-1)
watt (W)puissance
kg.m2.s-2
joule (J)énergie
kg.m-1.s-2(=N.m-2)
pascal (Pa)pression
kg.m.s-2
newton (N)force
Définition de l’unité SI
Nom de
l’unité SI
Grandeur physique
7 unités de base Quelques unités dérivées
Système cohérent et rationalisé qui couvre l’ensemble du champ disciplinaire de la mesure physique

L'organisation de la métrologie en France
LNE
magnétisme - électricité
mole
Pilotage de la métrologie française
LNE-SYRTE
Observatoire de Paris
temps - fréquence
LNE-LNHB
(Laboratoire National Henri Becquerel)
CEA
rayonnements ionisants
LNE-INM
(Conservatoire National des Arts et Métiers)
masse, longueur, intensité lumineuse et
température thermodynamique
Observatoire de Besançon
temps par satellites, fréquences,
stabilité et dérive de fréquence
LPMO
(Labo. De Physique et Métrologie Des Oscillateurs)
LADG
(Labo. Ass. de Débimètrie Gazeuse)
IRSN
(Inst. De Radioprotection et de Sûreté Nucléaire)
dosimétrie des neutrons
CETIAT
(Centre Technique des Industries Aérauliques et Thermiques)
hygrométrie, débitmétrie liquide, anémométrie
ENSAM
(Ecole Nationale Supérieure des Arts et Métiers)
pression dynamique
4 laboratoires nationaux de métrologie
6 laboratoires associés

L'ampère : définition, réalisation
Définition de l'ampère :
"L'ampère est l'intensité d'un courant constant qui, maintenu dans deux conducteurs parallèles,
rectilignes, de longueur infinie, de section circulaire négligeable et placés à une distance de 1 mètre
l'un de l'autre dans le vide, produirait entre ces conducteurs une force égale à 2 x 10
-7
newton par
mètre de longueur."
Electrodynamomètre
(LNE)
Réalisation directe de l'ampère :
électrodynamomètre (incertitude : 10-5)
Réalisation indirecte :
rapport gyromagnétique du proton (10-6)
Pratiquement : dans le SI, la conservation et la reproduction
de l'ampère passe par les étalons de résistance (effet Hall
quantique) et de force électromotrice (effet Josephson) en
appliquant la loi d'Ohm.